空冷系统中水泵电机节能控制策略的研究

【摘要】：空冷系统作为空分设备的重要组成部分,它的传质换热效果直接关系到整套空分设备能否稳定运行。空冷系统的能源消耗问题一直备受关注,其能源消耗主要体现在三个方面：水-气逆流传质换热过程中冷量的消耗,闭式循环冷却水水量的损失,水泵电机运行中电力的损失。降低能耗的关键在于新型控制技术的研究,广义预测控制算法在空冷系统中的应用已成为当前的新趋势。 文章在介绍空冷系统工作原理的基础上,分析水-气热交换过程中产生能耗的原因,并利用能量分析的方法建立这一传质换热过程的数学模型,由数学关系式表达出各状态参数和过程量之间的内在规律,以便于对热交换过程进行深入分析与研究。 其次,确定空冷系统热交换过程控制方案,选定预冷水泵流量作操作变量、空冷塔出口气体温度为被控变量,气体进气量为扰动变量,完成对冷却水流量和出口气体温度的控制。根据对水-气热交换过程性能的分析,可将整个广义被控过程视为一个具有非线性、滞后性、随机干扰的对象。选用在工程应用中容易实现,且鲁棒性比较强的广义预测控制算法作为该系统的控制器。详细介绍广义预测控制算法的基本原理,并进行相关仿真研究。 再次,通过对预冷水泵电机节流调节和变速调节两种方式的比较,指出采用按转子磁场定向的矢量控制变频调速方式节能的原理,由矢量变换方法得出定子电流解耦的水泵电机数学模型,并通过转速调节实现冷却水流量的最优控制。 最后,基于MATLAB模拟实验平台,利用数据采集卡采集空冷系统热交换过程模拟电路的输出信号,验证空冷系统热交换过程广义预测控制算法的有效性,在线修改广义预测控制器参数,实时监测水-气热交换过程的动态行为。 【关键词】：水泵节能 变频调速 广义预测控制算法 空冷系统
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ116.1
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 第一章 绪论6-13
• 1.1 空冷系统简介6-7
• 1.2 课题研究的背景与意义7-9
• 1.3 课题的国内外研究现状9-11
• 1.3.1 空冷系统控制策略的研究现状9-10
• 1.3.2 水泵电机运行的研究现状10-11
• 1.4 论文主要研究内容11-13
• 第二章 空冷系统热交换过程的分析13-22
• 2.1 空冷系统热交换过程的工作原理13-14
• 2.2 空冷系统热交换过程的能耗分析14-15
• 2.2.1 水-气逆流接触热交换过程冷量损失14-15
• 2.2.2 闭式循环冷却水量损失15
• 2.2.3 水泵电机运行电能损耗15
• 2.3 空冷系统热交换过程的数学模型15-19
• 2.4 空冷系统热交换过程的控制方案19-22
• 第三章 空冷系统热交换过程广义预测控制策略的研究22-35
• 3.1 广义预测控制算法22-24
• 3.1.1 预测模型22-23
• 3.1.2 滚动优化23-24
• 3.1.3 反馈校正24
• 3.2 两种情况下的广义预测控制算法24-30
• 3.2.1 C(z~(-1))=1时的广义预测控制24-28
• 3.2.2 C(z~(-1))≠1时的广义预测控制28-30
• 3.3 一种改进的广义预测控制算法30-33
• 3.4 广义预测控制算法控制参数的选取33-35
• 第四章 预冷水泵节能控制策略的研究35-47
• 4.1 预冷水泵的能耗分析35-37
• 4.2 预冷水泵电机矢量变频调速37-41
• 4.2.1 预冷水泵变频调速的基本原理37
• 4.2.2 预冷水泵电机的矢量控制37-39
• 4.2.3 预冷水泵电机的数学模型39-41
• 4.3 预冷水泵转速调节器的设计41-43
• 4.4 仿真实验及结果分析43-47
• 第五章 广义预测控制算法的模拟实验47-53
• 5.1 实验平台的组成47-50
• 5.1.1 模拟实验总体设计方案47-48
• 5.1.2 数据采集卡介绍48-49
• 5.1.3 空冷系统热交换过程的模拟电路49-50
• 5.2 广义预测控制算法混合仿真实验50-51
• 5.2.1 Matlab接口函数50
• 5.2.2 模拟实验仿真模型的建立50
• 5.2.3 系统参数设置50-51
• 5.3 实验结果及分析51-52
• 5.4 本章小结52-53
• 第六章 总结与展望53-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-59
• 作者简介59
• 攻读硕士学位期间研究成果59-60

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